[发明专利]贝叶斯量子电路保真度估计

说明书

用于估计量子计算系统的保真度的方法、系统和装置。在一个方面，该方法包括：定义一个或多个随机量子电路，其中，每个随机量子电路的有噪声实验实现通过去极化通道采用相应极化参数来进行近似；对于每个定义的随机量子电路，由量子计算系统生成实验数据的集合，其中，实验数据的集合中的数据项包括与随机量子电路的实验实现相对应的测量比特串；对于一个或多个随机量子电路中的每一个，确定相应极化参数的估计，包括使用级数反演来最大化以相应实验数据的集合为条件的极化参数的对数似然；以及，基于所确定的相应极化参数的估计，确定量子计算系统的保真度的估计。

背景技术

本说明书涉及量子计算。

量子计算使用量子力学现象(诸如叠加和纠缠)来执行计算。量子电路是用于量子计算的一个示例模型，在量子计算中，计算是对n位寄存器的量子力学模拟的可逆变换的一系列量子逻辑门。

发明内容

本说明书描述用于估计量子电路的保真度的技术。

一般而言，本说明书中描述的主题的一个创新方面可以在一种用于估计量子计算系统的保真度的方法中实现，该方法包括：定义一个或多个随机量子电路，其中，每个随机量子电路的有噪声实验实现通过去极化通道采用相应极化参数来进行近似(approximate)；对于每个定义的随机量子电路，由量子计算系统生成实验数据的集合，其中，实验数据的集合中的数据项包括与随机量子电路的实验实现相对应的测量比特串；对于一个或多个随机量子电路中的每一个，确定相应极化参数的估计，包括使用级数反演(series inversion)来最大化以相应实验数据的集合为条件的极化参数的对数似然(log-likelihood)；以及，基于所确定的相应极化参数的估计，确定量子计算系统的保真度的估计。

本方面的其他实施方式包括相对应的经典和量子计算机系统、装置和记录在一个或多个计算机存储设备上的计算机程序，每个计算机程序被配置为执行方法的动作。一个或多个计算机的系统可以被配置为借助于在系统上安装软件、固件、硬件或其组合来执行特定的操作或动作，其中，该软件、固件、硬件或其组合在操作中使得系统执行动作。一个或多个计算机程序可以被配置为借助于包括指令来执行特定的操作或动作，其中，该指令在由数据处理装置执行时使得装置执行动作。

前述和其他实施方式可以各自可选地单独或组合地包括下面特征中的一个或多个。在一些实施方式中，确定相应极化参数的估计包括：将新变量定义为等于NP_U(Z_k)-1，其中，N表示希尔伯特空间维度，并且P_U(Z_k)表示随机量子电路U的理想实现产生与相应实验数据的集合中的第k个数据项相对应的本征态的概率；以及，将新变量替换到用于以相应实验数据的集合为条件的极化参数的对数似然的第一导数的第一等式中，以获得第一等式的无穷级数表示。

在一些实施方式中，使用级数反演来最大化以相应实验数据的集合为条件的极化参数的对数似然包括：使用级数反演来计算用于以相应实验数据的集合为条件的极化参数的对数似然的第一导数的第一等式的无穷级数表示的解。

在一些实施方式中，为定义的随机量子电路生成实验数据的集合包括以预定次数重复下面步骤：将量子计算系统的量子比特寄存器初始化为初始状态；将定义的随机量子电路应用于初始状态，以生成演进状态；以及，测量演进状态以获得比特串。

在一些实施方式中，该方法还包括通过计算以相应实验数据的集合为条件的极化参数的对数似然的第二导数，确定相应极化参数的估计的方差。

在一些实施方式中，一个或多个随机量子电路的实验实现的输出通过波特-托马斯(Porter-Thomas)分布进行近似。

在一些实施方式中，一个或多个量子电路包括对相同数量的量子比特进行操作并具有相同的电路深度(circuit depth)的随机量子电路。